RU2718537C1 - Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины (варианты) - Google Patents

Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2718537C1
RU2718537C1 RU2019139427A RU2019139427A RU2718537C1 RU 2718537 C1 RU2718537 C1 RU 2718537C1 RU 2019139427 A RU2019139427 A RU 2019139427A RU 2019139427 A RU2019139427 A RU 2019139427A RU 2718537 C1 RU2718537 C1 RU 2718537C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetizing
rotor
segments
ring
halbach
Prior art date
Application number
RU2019139427A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Борисович Захаренко
Александр Каренович Надкин
Кристина Сергеевна Осикова
Максим Евгеньевич Решетников
Original Assignee
Андрей Борисович Захаренко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Борисович Захаренко filed Critical Андрей Борисович Захаренко
Priority to RU2019139427A priority Critical patent/RU2718537C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2718537C1 publication Critical patent/RU2718537C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/003—Methods and devices for magnetising permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам. Технический результат состоит в повышении э.д.с. и удельной мощности при небольших величинах тока якоря электромашины за счет намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора по оптимальной схеме, обеспечивающей наибольшую магнитную индукцию в зоне обмотки электромашины. Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора по варианту 1, включает: сборку массива ненамагниченных анизотропных сегментов постоянного магнита внутри установочных колец ротора, определение оптимальных направлений ориентации намагничивания сегментов, позиционирование собранных ненамагниченных сегментов внутри установочных колец ротора так, что оптимальные направления ориентации их намагничивания выровнены в направлении линий магнитного потока намагничивающего устройства, возбуждение намагничивающего устройства импульсами постоянного тока в течение оптимальной длительности импульса. Намагничивающее устройство состоит из трех катушек, две из которых надеваются на постоянные магниты и соединены между собой встречно, а одна расположена перпендикулярно постоянному магниту на магнитном сердечнике. Намагничивание постоянных магнитов производится установкой на них катушек намагничивающего устройства и подачей постоянного напряжения. После намагничивания постоянных магнитов, перед компаундированием кольца снимают намагничивающее устройство разборкой установочных колец и снятием постоянных магнитов. Окончательная сборка кольца производится его компаундированием. Далее снимаются установочные разъемные кольца. Отличие варианта 2 состоит в том, что катушки намагничивающего устройства наматываются на магниты с зазором, позволяющим перемещать их от магнита к магниту, а снятие катушек производится их разматыванием. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве способа намагничивания и сборки ротора электрической машины, состоящего из постоянных магнитов, расположенных по схеме Хальбаха.
Известен Высокомоментный, слаботочный бесщеточный двигатель (патент США №10,205,355, МПК Н02К 21/12) с массивом Хальбаха (Halbach-array) на роторе. Фигура 4 патента США №10,205,355 практически соответствует фигурам 1 и 2 настоящей заявки. На фиг. 1 показано поперечное сечение активной части электромашины, на фиг 2 - трехмерный рисунок активной части электромашины. На фиг. 1 и 2 множество внутренних магнитов 1 расположены так, что они образуют внутреннее кольцо Хальбаха, а множество внешних магнитов 2 расположены так, что они образуют внешнее кольцо Хальбаха. Стрелками на фигурах 1, 3 показаны направления намагничивания постоянных магнитов. Катушки обмотки 3 якоря расположены в форме кольца. Обмотка 3 якоря расположена между множеством внутренних магнитов 1 (внутренним кольцом Хальбаха) и множеством внешних магнитов 2 (внешним кольцом Хальбаха). Множество внутренних магнитов 1 и множество внешних магнитов 2 включены в двойные магнитные цепи, которые согласованы так, чтобы увеличить индукцию между ними. В частности, внутренние магниты 1 и внешние магниты 2 увеличивают магнитную индукцию в объеме, в котором расположена обмотка 3 якоря. Это увеличение магнитной индукции приводит к более высокому выходному крутящему моменту для данного уровня тока по сравнению с традиционными конструкциями. Поэтому, вышеописанная известная конструкция массива Хальбаха является оптимальной, по сравнению с предложенной в патенте РФ №2549835, МПК H01F 13/00.
Сборка ротора из предварительно намагниченных постоянных магнитов может быть трудоемким процессом, особенно в крупногабаритных электромашинах, поскольку может быть продолжительной и неудобной.
Известен принятый за прототип (по обоим вариантам) Способ намагничивания ротора электромашины, намагничивающая система для ротора электромашины и способ изготовления ротора электромашины (патент на изобретение РФ №2549835, МПК H01F 13/00), включающий сборку массива ненамагниченных анизотропных сегментов постоянного магнита вокруг шпинделя ротора, заключенного в стопорное кольцо, определение оптимальных направлений ориентации намагничивания указанных сегментов, позиционирование собранных указанных ненамагниченных сегментов вокруг шпинделя ротора, так что оптимальные направления ориентации намагничивания указанных сегментов выровнены в направлении линий магнитного потока, созданного намагничивающим устройством, возбуждение намагничивающего устройства для намагничивания указанных сегментов с помощью импульсного постоянного тока в течение оптимальной длительности импульса, причем указанная оптимальная длительность импульса зависит от толщины, магнитной проницаемости и удельного электрического сопротивления стопорного кольца и удовлетворяет выражению,
Figure 00000001
в котором TRISE является периодом времени оптимальной длительности, TRR является толщиной стопорного кольца, μ является магнитной проницаемостью стопорного кольца, и ρ является удельным электрическим сопротивлением стопорного кольца. Технический результат прототипа состоит в создании упрощенного способа намагничивания постоянных магнитов ротора, расположенных по одной из возможных схем Хальбаха.
Недостатком прототипа является то, что вышеописанный способ намагничивания ротора электромашины является упрощенным, он не применим для намагничивания оптимально расположенных постоянных магнитов ротора, состоящего из колец Хальбаха, описанного в патенте США №10,205,355.
Объектом изобретения (по обоим вариантам) является способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины.
Технической задачей, решаемой предложенным изобретением (по обоим вариантам), является создание способа намагничивания и сборки внутреннего или внешнего кольца Хальбаха ротора электромашины, который позволит получить наибольшую магнитную индукцию в зоне обмотки электромашины. Для электромашины это приведет к увеличению ЭДС, наводимой в обмотке, и повышению удельной мощности электрической машины.
На фигурах показаны следующие эскизы:
Фиг. 1. Поперечное сечение активной части электромашины по патенту США №10,205,355.
Фиг. 2. Трехмерный рисунок активной части электромашины по патенту США №10,205,355.
Фиг. 3. Намагничивающая система для разборного кольца Хальбаха (вариант 1).
Фиг. 4. Намагничивающая система по обоим вариантам.
Фиг. 5. Намагничивающая система для неразборного внутреннего кольца Хальбаха (вариант 2).
Фиг. 6. Намагничивающая система для неразборного внешнего кольца Хальбаха (вариант 2).
Решение технической задачи (по варианту 1, см. фигуру 3) обеспечено тем, что осуществляют следующую последовательность действий:
- сборку массива ненамагниченных анизотропных сегментов постоянного магнита 1 внутри установочных колец 4 ротора,
- определение оптимальных направлений ориентации намагничивания указанных сегментов, позиционирование собранных указанных ненамагниченных сегментов внутри установочных колец ротора, так что оптимальные направления ориентации намагничивания (показаны стрелками) указанных сегментов 1 выровнены в направлении линий магнитного потока, созданного намагничивающим устройством,
- возбуждение намагничивающего устройства для намагничивания указанных сегментов с помощью импульсного постоянного тока напряжения U в течение оптимальной длительности импульса, обеспечивающей полное проникновение магнитного потока в сегменты магнита,
- для обеспечения возможности установки и снятия намагничивающего устройства установочные кольца 4 ротора выполнены разъемными, намагничивающее устройство состоит из трех обмоток 5, 6 в виде катушек, две из которых 5 надеваются на постоянные магниты и соединены между собой встречно, а одна 6 расположена перпендикулярно постоянному магниту на магнитном сердечнике 7,
- намагничивание постоянных магнитов 1 каждого кольца Хальбаха ротора производится путем установки на них катушек 5 и 6 намагничивающего устройства и подачей постоянного напряжения, как показано на фигурах 3 и 4, по три магнита (два тангенциально намагниченных и один радиально намагниченный), а также по одному (радиально намагниченному),
- после намагничивания постоянных магнитов, перед компаундированием каждого кольца Хальбаха ротора производится снятие намагничивающего устройства путем разборки установочных колец 4 и снятия двух постоянных магнитов 1 ротора, далее постоянные магниты устанавливают на место,
- окончательная сборка кольца Хальбаха ротора производится путем его компаундирования,
- после компаундирования кольца Хальбаха ротора (например, в торцах магнитной системы) установочные кольца 4 должны быть окончательно сняты.
Техническая задача решается, согласно изобретению по варианту 1, совокупностью существенных признаков, представленных в п. 1 формулы изобретения.
Решение технической задачи (по варианту 2, см. фигуры 5 и 6) обеспечено тем, что осуществляют следующую последовательность действий:
- сборку массива ненамагниченных анизотропных сегментов постоянного магнита 1 на установочное кольцо 4 ротора,
- определение оптимальных направлений ориентации намагничивания указанных сегментов, позиционирование собранных указанных ненамагниченных сегментов на установочном кольце ротора, так что оптимальные направления ориентации намагничивания (показаны стрелками) указанных сегментов 1 выровнены в направлении линий магнитного потока, созданного намагничивающим устройством,
- возбуждение намагничивающего устройства для намагничивания указанных сегментов с помощью импульсного постоянного тока напряжения U в течение оптимальной длительности импульса, обеспечивающей полное проникновение магнитного потока в сегменты магнита,
- намагничивающее устройство состоит из трех обмоток 5, 6 в виде катушек, две из которых 5 наматываются непосредственно на постоянные магниты на изолирующую пленку и соединены между собой встречно, а одна 6 расположена перпендикулярно постоянному магниту на магнитном сердечнике 7, катушки 5 наматываются на магниты с зазором, позволяющим перемещать их от магнита к магниту,
- намагничивание постоянных магнитов 1 каждого кольца Хальбаха ротора производится путем установки на них катушек 5 и 6 намагничивающего устройства и подачей постоянного напряжения, как показано на фигурах 5 и 6, по три магнита (два тангенциально намагниченных и один радиально намагниченный), а также по одному (радиально намагниченному),
- после намагничивания постоянных магнитов, перед компаундированием каждого кольца Хальбаха ротора производится снятие намагничивающего устройства путем разматывания катушек 5, намотанных на магниты, и удаления катушки 6 на магнитном сердечнике,
- окончательная сборка каждого кольца Хальбаха ротора производится путем его компаундирования.
Техническая задача решается, согласно изобретению по варианту 2, совокупностью существенных признаков, представленных в п. 3 формулы изобретения.
Техническим результатом предложенного изобретения (по обоим вариантам) является обеспечение возможности намагничивания и сборки внутреннего и внешнего кольца Хальбаха ротора электромашины, выполненного по оптимальной схеме (согласно патенту США №10,205,355), позволяющей получить наибольшую магнитную индукцию в зоне обмотки электромашины, и в конечном итоге, получить электромашину с максимальной ЭДС, и максимальной удельной мощностью при небольших величинах тока якоря.
Подача постоянного напряжения (возбуждение, по обоим вариантам) с целью намагничивания постоянных магнитов возможна на три катушки (две катушки 5 и одну 6, фиг. 4), при этом U=U1+U2 для намагничивания сразу трех постоянных магнитов, как показано на фиг. 3, 5, 6. Для обеспечения намагничивания оставшихся не намагниченными магнитов постоянное напряжение должно быть подано только на катушку 6 для намагничивания по одному магниту еще ненамагниченных постоянных магнитов с радиальным направлением намагничивания (путем перемещения катушки 6 от магнита к магниту после намагничивания). Либо, постоянное напряжение должно быть подано только на катушки 5 для намагничивания постоянных магнитов с тангенциальным направлением намагничивания. При этом полярность напряжений U1 и U2 должна быть такой, чтобы направление создаваемого катушками магнитного потока было согласовано с необходимым направлением намагничивания постоянных магнитов. Направление создаваемого катушками магнитного потока на фиг. 4 также как и направление намагничивания постоянных магнитов на фиг. 1, 3, 5, 6 показано стрелками.
В отличие от прототипа (Способа намагничивания ротора… по патенту на изобретение РФ №2549835) снятие намагничивающего устройства по варианту 1 невозможно без разборки кольца Хальбаха ротора, т.к. катушки 5 намагничивающего устройства надеваются непосредственно на постоянные магниты. Для обеспечения снятия катушек 5 намагничивающего устройства (после намагничивания постоянных магнитов) необходимо снять часть установочных колец ротора и не менее 2х постоянных магнитов, далее через образовавшееся пространство снять катушки 5 намагничивающего устройства.
После этого необходимо вставить постоянные магниты на место и выполнить компаундирование - скрепление постоянных магнитов ротора компаундом.

Claims (3)

1. Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины, включающий: сборку массива ненамагниченных анизотропных сегментов постоянного магнита внутри установочных колец ротора, определение оптимальных направлений ориентации намагничивания указанных сегментов, позиционирование собранных указанных ненамагниченных сегментов внутри установочных колец ротора, так что оптимальные направления ориентации намагничивания указанных сегментов выровнены в направлении линий магнитного потока, созданного намагничивающим устройством, возбуждение намагничивающего устройства для намагничивания указанных сегментов с помощью импульсного постоянного тока в течение оптимальной длительности импульса, обеспечивающей полное проникновение магнитного потока в сегменты магнита, отличающийся тем, что для обеспечения возможности установки и снятия намагничивающего устройства установочные кольца ротора выполнены разъемными, намагничивающее устройство состоит из трех обмоток в виде катушек, две из которых надеваются на постоянные магниты и соединены между собой встречно, а одна расположена перпендикулярно постоянному магниту на магнитном сердечнике, намагничивание постоянных магнитов кольца Хальбаха ротора производится путем установки на них катушек намагничивающего устройства и подачей постоянного напряжения, после намагничивания постоянных магнитов, перед компаундированием кольца Хальбаха ротора производится снятие намагничивающего устройства путем разборки установочных колец и снятия постоянных магнитов ротора, окончательная сборка кольца Хальбаха ротора производится путем его компаундирования, далее производится снятие установочных колец.
2. Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины по п. 1, отличающийся тем, что снятие намагничивающего устройства обеспечивается путем снятия двух постоянных магнитов ротора.
3. Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины, включающий: сборку массива ненамагниченных анизотропных сегментов постоянного магнита на установочное кольцо ротора, определение оптимальных направлений ориентации намагничивания указанных сегментов, позиционирование собранных указанных ненамагниченных сегментов на установочном кольце ротора, так что оптимальные направления ориентации намагничивания указанных сегментов выровнены в направлении линий магнитного потока, созданного намагничивающим устройством, возбуждение намагничивающего устройства для намагничивания указанных сегментов с помощью импульсного постоянного тока в течение оптимальной длительности импульса, обеспечивающей полное проникновение магнитного потока в сегменты магнита, отличающийся тем, что намагничивающее устройство состоит из трех обмоток в виде катушек, две из которых наматываются непосредственно на постоянные магниты на изолирующую пленку и соединены между собой встречно, катушки наматываются на магниты с зазором, позволяющим перемещать их от магнита к магниту, одна катушка расположена перпендикулярно постоянному магниту на магнитном сердечнике, намагничивание постоянных магнитов кольца Хальбаха ротора производится путем установки на них катушек намагничивающего устройства и подачей постоянного напряжения, после намагничивания постоянных магнитов, перед компаундированием кольца Хальбаха ротора производится снятие намагничивающего устройства путем разматывания катушек, намотанных на магниты, и удаления катушки на магнитном сердечнике, окончательная сборка каждого кольца Хальбаха ротора производится путем его компаундирования.
RU2019139427A 2019-12-04 2019-12-04 Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины (варианты) RU2718537C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139427A RU2718537C1 (ru) 2019-12-04 2019-12-04 Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139427A RU2718537C1 (ru) 2019-12-04 2019-12-04 Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718537C1 true RU2718537C1 (ru) 2020-04-08

Family

ID=70156454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139427A RU2718537C1 (ru) 2019-12-04 2019-12-04 Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718537C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220046913A (ko) 2020-10-08 2022-04-15 올레그 그리고리에비치 다쉬코 할바흐 배열 방식의 회전자를 구비한 전기기계

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0877397A2 (en) * 1997-04-14 1998-11-11 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Magnet block assembly for insertion device
JP2007019127A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Yaskawa Electric Corp 周期磁界発生装置およびそれを用いたリニアモータ
RU2412516C2 (ru) * 2005-03-31 2011-02-20 Дженерал Электрик Компани Система и способ для намагничивания роторов типа постоянных магнитов в электрических машинах
JP5188357B2 (ja) * 2008-10-23 2013-04-24 三菱電機株式会社 リニアモータ
JP5535827B2 (ja) * 2010-08-24 2014-07-02 アスモ株式会社 ハルバッハ配列磁石の製造方法
RU2549835C2 (ru) * 2009-10-19 2015-04-27 Дженерал Электрик Компани Способ намагничивания ротора электромашины, намагничивающая система для ротора электромашины и способ изготовления ротора электромашины
CN207268968U (zh) * 2017-09-29 2018-04-24 杭州史宾纳科技有限公司 一种永磁式连续充磁装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0877397A2 (en) * 1997-04-14 1998-11-11 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Magnet block assembly for insertion device
RU2412516C2 (ru) * 2005-03-31 2011-02-20 Дженерал Электрик Компани Система и способ для намагничивания роторов типа постоянных магнитов в электрических машинах
JP2007019127A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Yaskawa Electric Corp 周期磁界発生装置およびそれを用いたリニアモータ
JP5188357B2 (ja) * 2008-10-23 2013-04-24 三菱電機株式会社 リニアモータ
RU2549835C2 (ru) * 2009-10-19 2015-04-27 Дженерал Электрик Компани Способ намагничивания ротора электромашины, намагничивающая система для ротора электромашины и способ изготовления ротора электромашины
JP5535827B2 (ja) * 2010-08-24 2014-07-02 アスモ株式会社 ハルバッハ配列磁石の製造方法
CN207268968U (zh) * 2017-09-29 2018-04-24 杭州史宾纳科技有限公司 一种永磁式连续充磁装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220046913A (ko) 2020-10-08 2022-04-15 올레그 그리고리에비치 다쉬코 할바흐 배열 방식의 회전자를 구비한 전기기계

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7030529B2 (en) Electrical machines, especially engines excited by permanent magnets
CN107534378B (zh) 无槽无刷直流马达/致动器
JP2005304292A (ja) 電動機用ロータユニットの製造方法、電動機用ロータユニット、及び電動機
Seol et al. Design of 3-times magnetizer and rotor of spoke-type PMSM considering post-assembly magnetization
EP2768118A2 (en) Magnet embedded rotor and method of manufacturing the magnet embedded rotor
KR102272599B1 (ko) 착자장치 및 착자방법
EP2493055A2 (en) Permanent-magnet type electric rotating machine
KR20140071147A (ko) 가변 자속 모터
JP2008228460A (ja) 回転機及び回転機を製造する方法
RU2718537C1 (ru) Способ намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора электромашины (варианты)
JP2010193587A (ja) ロータ用磁石着磁装置およびモータ
JP7267024B2 (ja) ハルバッハ配列ロータ、モータ、電動圧縮機、およびその製造方法
JP2021083221A (ja) Ｉｐｍロータ製造方法
JP2012165506A (ja) アキシャルギャップモータ
EP3249792A1 (en) Rotor assembly for a power generation system
JP4569139B2 (ja) Ｉｐｍモータ用ロータ、これを用いたｉｐｍモータ用ロータの製造方法、およびそのｉｐｍモータ。
KR101163516B1 (ko) 영구자석을 이용한 고정자
JP2006136068A (ja) 永久磁石形同期モータ
RU2586116C1 (ru) Электродвигатель с возвратно-поступательным движением якоря
WO2013020927A3 (de) Vorrichtung zum fixieren von magneten
CN118054597A (zh) 轴向磁通永磁电机及其转子
JP2017131034A (ja) ランデル型ロータの着磁方法
JP6021829B2 (ja) 永久磁石用脱磁装置
JP7186956B2 (ja) 筒型リニアモータおよび円環状磁石の製造方法
JPH03195344A (ja) ステッピングモータの着磁器